光物理学：ナノメートルサイズの金属探針からのアト秒電子放出の追跡

強い電場にさらされた固体は、トンネリングを通して電子を放出する。この基本的な量子過程は、DC動作の高輝度電子源からレーザー駆動動作のペタヘルツ真空エレクトロニクスまで、さまざまな応用の中心にある。後者の過程では、電子波束は、気相における強場やアト秒の物理と同様に、強く振動するレーザー場において半古典動力学的な振る舞いをする。気相では、サブサイクルの電子ダイナミクスが数十アト秒という驚異的な精度で決定されているが、固体では、放出時間ウィンドウを含む量子ダイナミクスはこれまで測定されていない。今回我々は、後方散乱電子の2色変調分光法によって、ナノ構造からのサブ光サイクルの強電界放射ダイナミクスがアト秒精度で明らかになることを示す。今回の実験では、鋭い金属探針から放出される電子の光電子スペクトルが、2色の間の相対位相の関数として測定された。時間依存シュレーディンガー方程式の解を古典的な軌跡に射影することで、スペクトルの位相に依存する特徴が放出ダイナミクスに関連付けられ、量子モデルと実験を一致させることによって710 ± 30アト秒という放出持続時間が得られた。今回の結果は、固体状態や他の系からの強電界光電子放出の定量的な計時と精密な能動制御への扉を開くとともに、超高速電子源、量子縮退研究やサブポアソン電子ビーム、ナノプラズモニクス、ペタヘルツエレクトロニクスなどの多様な分野に直接影響を及ぼす。

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